Wimshurssstin historia, miten se toimii ja sovellukset

Se Wimshurst -kone Se on korkeajännite- ja matalan ampeerin sähköstaattinen generaattori, joka pystyy tuottamaan staattista sähköä erottamalla kuormitusten avulla kampin spinin ansiosta. Toisaalta tällä hetkellä käytettyjä generaattoreita, kuten paristot, laturit ja dynamot, ovat pikemminkin elektroMotor -voiman lähteitä, jotka aiheuttavat kuormituksen liikkeitä suljetussa piirissä.

Wimshurssst-koneen ovat kehittäneet brittiläinen insinööri ja keksijä James Wimshurst (1832-1903) vuosina 1880–1883 ​​parantaen muiden keksijöiden ehdottamia sähköstaattisia generaattoreita, joita muut keksijät ovat ehdottaneet.

Wimshurst -kone. Lähde: Andy Dingley (skanneri) [julkinen alue]

Se erottuu aiemmissa sähköstaattisissa koneissa sen luotettavan, toistettavan toiminnan ja yksinkertaisen rakenteen suhteen, mikä pystyy tuottamaan uskomattoman potentiaalieron 90: n välillä.000 ja 100.000 volttia.

[TOC]

Wimshurst -koneen osat

Koneen pohja on eristysmateriaalin kaksi ominaisuuslevyä, ja ohuet metallilevyt on kiinnitetty ja järjestetty säteittäisten sektorien muodossa.

Jokaisella metallisektorilla on toinen halkaisijaltaan päinvastainen ja symmetrinen. Levyjen halkaisija on yleensä 30–40 cm, mutta ne voivat myös olla paljon vanhempia.

Molemmat albumit on asennettu pystysuoraan ja etäisyys välillä 1 - 5 mm on erotettu. On tärkeää, että käännöksen aikana tietueita ei koskaan koskettaa. Levyt käännetään vastakkaisissa aisteissa hihnapyörän mekanismin kautta.  

Wimshurst -koneessa on kaksi metallipalkkia, jotka ovat yhdensuuntaisesti kunkin albumin kiertotason kanssa: yksi ensimmäisen albumin ulkopuolelle ja toinen kohti toisen albumin ulkopuolista puolta. Nämä palkit on tarkoitettu kulmaan suhteessa toiseen.

Kunkin palkin päissä on metallilven, joka on kosketus jokaisen levyn vastakkaisten metallisektorien kanssa. Ne tunnetaan neutraloivina palkkeina hyvästä syystä, joka nähdään pian.

Harjat pitävät levy -alan, joka koskettaa palkin toisessa päässä, halkaisijaltaan vastakkaisella sähkökontaktilla, halkaisijaltaan vastapäätä. Sama asia tapahtuu toisessa albumissa.

Triboelektrinen vaikutus

Läpään ja levy -sektorit on valmistettu erilaisista metalleista, melkein aina kuparista tai pronssista, kun taas alumiinilevyt on valmistettu alumiinista.

Voi palvella sinua: aallon etenemisnopeus

Niiden välinen kosketus levyjen kiertämisen ja sitä seuraavan erottelun aikana luo mahdollisuuden vaihtaa kuormia tarttuvuuden kautta. Tämä on trielektrinen vaikutus, joka voi tapahtua myös esimerkiksi meripihkan ja villakankaan välissä.

Kone lisätään koneeseen (Combs) -metalli U -muotoisen muodossa ja päättyy kärjiin tai metallisiin piikkeihin, jotka sijaitsevat vastakkaisissa asennoissa.

Molempien albumien sektorit kulkevat keräilijän U: n sisäosasta koskettamatta sitä.  Keräilijät on asennettu eristävälle pohjalle ja puolestaan ​​kytketään kahteen muuhun metallipalkkiin, jotka on viimeistelty palloilla, lähellä, mutta jompikumpi pelataan.

Kun koneelle annetaan mekaaninen energia kampin avulla, Rubb Leyden.

Leydenin pullo tai kannu on lauhdutin, jolla on lieriömäinen metallipanssari. Jokainen pullo on kytketty toiseen keskuslevyllä, muodostaen sarjan kaksi lauhdutinta.

Kun kampi kääntyy, pallojen välillä on niin suuri sähköpotentiaaliero, että niiden välinen ilma on ionisoitu ja hyppää kipinään. Koko laite näkyy yllä olevassa kuvassa.

Fyysiset periaatteet

Wimshurssst -koneessa sähkö tulee aineesta, joka koostuu atomista. Ja nämä puolestaan ​​koostuvat sähkövarauksista: negatiiviset elektronit ja positiiviset protoneja.

Atomisessa positiivisen kuormitusprotonien tiivistetään keskellä tai ytimessä ja negatiiviset kuormituselektronit ytimen ympärillä.

Kun materiaali menettää osan uloimmista elektroneistaan, se on positiivisesti varautunut. Päinvastoin, jos sieppaat joitain elektroneja, saat negatiivisen nettokuorman. Kun protonien ja elektronien määrä on sama, materiaali on neutraali.

Voi palvella sinua: Aerostaattinen ilmapallo: Historia, ominaisuudet, osat, miten se toimii

Maateriaalien eristämisessä elektronit pysyvät heidän ytimensä ympärillä ilman mahdollisuutta päästä liian pitkälle. Mutta metalleissa ytimet ovat niin lähellä toisiaan, että uloimmat elektronit (tai valenssi) voivat hypätä atomista toiseen, liikuttaen koko johtavan materiaalin ajan.

Jos yhtä metallilevyn kasvoja lähestyy negatiivisesti ladattuja, niin metallin elektronit liikkuvat pois sähköstaattisella torjumalla, tässä tapauksessa vastakkaiselle kasvolle. Sitten sanotaan, että levy on polarisoitu. 

Nyt, jos tämä polarisoitu plakki on kytketty kuljettajalla (neutraloivia tankoja) negatiivisen pinnan avulla toiselle levylle, elektronit siirtyvät tähän toiseen levyyn. Jos liitäntä leikataan yhtäkkiä, toinen levy on negatiivisesti varautunut.

Kuormitusjakso

Jotta Wimshurst -kone alkaa, on välttämätöntä, että joillakin levyn metallisektoreilla on kuorman epätasapaino. Tämä tapahtuu luonnollisesti ja usein, varsinkin kun ympäristön kosteutta on vähän.

Kun levyt alkavat kääntyä, on aika, jolloin vastakkaisen levyn neutraali sektori vastustaa kuormitettua sektoria. Tämä indusoi yhtä suuren suuruuden taakan ja vastakkaiseen suuntaan harjojen ansiosta, koska elektronit mobilisoidaan siirtymällä pois tai lähestymällä, kasvojen alan merkin mukaan.

Wimshurst -konejärjestelmä. Lähde: Robertkuhlmann [julkinen alue]

U -muotoiset keräilijät ovat vastuussa kuorman keräämisestä, kun levyt hylätään.

Tämän saavuttamiseksi U: n sisäosassa seisoo huiput kunkin albumin ulkopintoihin, mutta koskettamatta niitä. Ajatuksena on, että kärjissä positiivinen kuorma on keskittynyt, niin että sektoreilta karkotetut elektronit houkuttelevat ja kertyvät pullojen keskuslevyyn.

Tällä tavoin kollektorin kohdalla oleva ala menettää kaikki elektronit ja on neutraali, kun taas Leydenin keskuslevy on negatiivisesti.

Voi palvella sinua: kevyt taittuminen: elementit, lait ja kokeilu

Vastakkaisessa keräilijässä päinvastainen kulkee, keräin toimittaa elektroneja positiiviselle levylle, joka sitä kohtaa, kunnes se neutraloidaan ja prosessi toistetaan toistuvasti.

Sovellukset ja kokeet

Wimshursst -koneen pääsovellus on saada sähköinen jokaisesta merkistä. Mutta sillä on haittaa, että se tarjoaa melko epäsäännöllisen jännitteen, koska se riippuu mekaanisesta vaikutuksesta.

Neutraloivan palkin kulmaa voidaan muuttaa konfigurointiin suurella lähtövirralla tai suurella lähtöjännitteellä. Jos neutralaattorit ovat kaukana keräilijöistä, kone tarjoaa korkeajännitteen (enintään 100 kV).

Toisaalta, jos ne ovat lähellä keräilijöitä, lähtöjännite pienenee ja lähtövirta kasvaa, jotta voidaan saavuttaa jopa 10 mikromampion normaalilla pyörimisnopeudella.

Kun kertynyt kuorma saavuttaa riittävän korkean arvon, silloin on korkea sähkökenttä Dendenin keskuslevyihin kytkettyissä palloissa. 

Tämä kenttä ionisoi ilmaa ja tuottaa kipinän, ladataan pullot ja antaa uuden kuormitusjakson.

Koe 1

Sähköstaattisen kentän vaikutukset voidaan nähdä asettamalla pahvi pallojen väliin ja tarkkailemalla, että kipinät tekevät reikiä.

Koe 2

Tätä kokeilua varten sitä tarvitaan: heiluri, joka on valmistettu ping -pallolla, joka on peitetty alumiinifoliolla ja kahdella metallilevyllä L -muotoisen muodossa.

Pallo ripustetaan molempien arkkien keskelle eristävän säikeen avulla. Jokainen arkki liittyy Wimshurssst -koneelektrodiin kaapelikaapeleiden kautta.

Kun käännät kampia, alun perin neutraali pallo vaihtelee arkkien välillä. Yhdellä heistä on ylimääräinen negatiivinen kuorma, joka tuottaa palloa, joka houkuttelee positiivista arkkia.

Pallo tallettaa ylimääräisiä elektroneja tähän arkkiin, se neutraloidaan hetkeksi ja sykli toistetaan uudelleen, kun kampi pyörii edelleen.

Viitteet

1. Queiroz,. Sähköstaattiset koneet. Toipunut: Coe.Ufrj.Br
2. Gacanovic, Myco. 2010. Sähköstaattiset sovellusperiaatteet. Palautettu: Orbus.Olla